一种具有硬度梯度的耐磨柱钉、耐磨结构及其制备方法与流程

1.本发明涉及粉磨破碎设备技术领域，特别是涉及一种用于粉磨破碎作业的具有硬度梯度的耐磨柱钉、耐磨结构及其制备方法。


背景技术：

2.在水泥、矿山、电力、煤炭等行业中，存在大量的对物料进行破碎粉磨作业的需求。在破碎粉磨作业中，辊压机、立磨和破碎机等是常见的加工设备，设备中与物料直接接触的工作面需要强度较高的耐磨结构才能经受得住物料的冲击、挤压和摩擦。这些耐磨结构主要为辊压机的挤压辊、立磨的磨辊和破碎机的锤头。
3.为了提升辊体或者锤头的耐磨性，增加辊体或者锤头的工作面的服役时间，现有技术中的一种方案是将硬质合金柱钉镶嵌入辊体或者锤头的工作面；在这样的方案中，硬质合金柱钉会面临柱钉脱落或断钉的风险。现有技术中的另外一种方案是在辊体或锤头表面堆焊耐磨合金层，以提升工作面的强度；在这样的方案中，辊面尺寸较大时，表面堆焊的耐磨合金层较容易发生剥落的风险。结合上述两种方案，人们又提出了耐磨柱钉与高强钢或耐磨合金组成的复合耐磨结构。如图1所述，这种复合耐磨结构包括母材10、耐磨柱钉11及成型于母材10上、耐磨柱钉11之间的耐磨堆焊层12。这种复合耐磨结构通过耐磨柱钉11及耐磨堆焊层12的相互结合为一种网状结构，耐磨柱钉11及耐磨堆焊层12相互支撑，能一定程度上解决耐磨性和抗剥落性能的问题，并逐渐得到业界的认可，应用越来越广泛。但耐磨柱钉11一般由质量分数很高的碳化物组成，耐磨堆焊层12一般选用相较于耐磨柱钉11而言要软一些的材料，耐磨柱钉11与耐磨堆焊层12成分差异较大，难以形成高强度的冶金结合，界面处成分起伏和外形轮廓起伏均较大，使其应力较为集中，裂纹产生并向耐磨柱钉和周边金属中扩展的概率大大增加，导致在服役过程中出现耐磨柱钉容易松动、断裂、界面磨损严重等现象，降低了耐磨结构的工作面的服役时间。此外，为了方便加工和被固定，柱钉尺寸往往超出实际所需，造成了贵重材料的浪费。
4.cn110575868a根据耐磨柱钉仅头部与物料接触进行压辊作用，其位于压辊内的部分并不发挥耐磨作用的特点，提出了一种复合柱钉。这种复合柱钉的头部选用高硬度的钴结或镍结碳化物材料，底部选用高韧性的铁结碳化钛基合金材料；在上述两种材料的结合面上，粉末自然烧结熔融形成混合过渡区域。这种柱钉在一定程度上解决了柱钉制造中对硬质合金成分的浪费问题。但这种方案采用两组不同的碳化物材料，通过烧结熔融的方式形成高硬度碳化物头部、混合过渡区及高韧性碳化物底部，受限于扩散速度，混合过渡区的硬质合金成分的分布并不均匀，柱钉头部区域和底部区域的材料上的明显差异也影响柱钉头部区域和底部区域的结合强度。此外，在柱钉和堆焊耐磨层形成的复合结构中，这种复合柱钉也不利于实现进一步柱钉和堆焊耐磨层之间结合强度。
5.因此，如何提升粉磨破碎设备的耐磨结构的耐磨性能和稳定性能是目前亟需解决的技术问题之一。


技术实现要素：

6.本发明主要解决的技术问题是提供一种耐磨柱钉、使用该耐磨柱钉的耐磨结构及其制备方法，能够有效提升粉磨破碎设备的耐磨结构的耐磨性及稳固性。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种具有梯度硬度的耐磨柱钉，适用于粉磨破碎设备上的耐磨结构，其包括粘结相和硬质颗粒，从所述耐磨柱钉的底部至所述耐磨柱钉的头部的第一方向上，所述硬质颗粒的质量分数逐渐变大；从所述耐磨柱钉的柱芯至所述耐磨柱钉的外周部的第二方向上，所述硬质颗粒的质量分数由大变小。
8.所述耐磨柱钉包括多层结构，所述硬质颗粒的质量分数在第一方向上呈梯度逐层变大。
9.所述耐磨柱钉的同一层结构中，在由柱芯至外周部的第二方向上所述硬质颗粒的质量分数逐渐变小。
10.所述耐磨柱钉的同一层结构中，由柱芯至外周部的第二方向上分为内芯部和外周部，所述外周部的硬质颗粒的质量分数低于所述内芯部的硬质颗粒的质量分数。
11.所述耐磨柱钉的同一层结构，由柱芯至外周部的第二方向上，包括内芯部、外周部以及位于内芯部与外周部之间的至少一中间部，所述硬质颗粒的质量分数由内芯部、中间部至外周部依次变小。
12.所述耐磨柱钉的外周部不含所述硬质颗粒。
13.所述的粘结相为镍基或铁基合金。
14.所述的硬质颗粒为金刚石、碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅中的一种或者多种的组合。
15.所述耐磨柱钉通过电弧定向能量沉积的方式形成。
16.本发明还提供一种耐磨结构，适用于粉磨破碎设备，其包括：基体、安装于基体上的耐磨柱钉以及填充于基体上、耐磨柱钉之间的合金层，从所述耐磨柱钉的底部至所述耐磨柱钉的头部的第一方向上，所述硬质颗粒的质量分数逐渐变大；从所述耐磨柱钉的柱芯至所述耐磨柱钉的外周部的第二方向上，所述硬质颗粒的质量分数由大变小，所述合金层与所述耐磨柱钉形成冶金结合。
17.所述耐磨柱钉的底部与所述基体表面冶金结合，所述耐磨柱钉的头部伸出所述基体。
18.所述耐磨柱钉的底部镶嵌于所述基体中，所述耐磨柱钉的头部伸出所述基体。
19.所述耐磨柱钉与所述基体的接合方式包括过盈配合和镶铸成型式的冶金结合。
20.所述的粘结相为镍基或铁基合金，所述合金层的材料为铁基合金或镍基合金。
21.本发明还提供一种具有梯度硬度的耐磨柱钉的制备方法，所述耐磨柱钉适用于粉磨破碎设备上的耐磨结构，所述制备方法包括以下步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至基板上；使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；及在所述基板上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的混合物；
其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。
22.所述程序化控制设备控制所述粉料输送系统在沉积中心区域时输送的所述第一物料的质量分数从该层中心区域至该层外周区域逐渐提高，同步输送的所述第二物料的质量分数从该层中心区域至该层外周区域逐渐减少；从而使得同一层中，从中心区域到外周区域，所述第二物料的质量分数逐渐降低。
23.在同一层的沉积过程中，所述程序化控制设备对粉料输送系统输送的第一物料及第二物料采用分段式控制，同一层的中心区域采用固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积；同一层的外周区域只输送第一物料进行沉积。
24.同一层分为多段，包括中心区域、至少一中间过渡区及外周区域，中心区域采用第一固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积，中间过渡区采用第二固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积，外周区域只输送第一物料进行沉积，其中所述第二物料在第一固定配比中的质量分数大于在第二固定配比中的质量分数。
25.本发明还提供一种耐磨结构的制备方法，所述耐磨结构适用于粉磨破碎设备，所述制备方法包括以下步骤：提供一基体，所述基体包括金属铸件；在所述基体上使用电弧定向能量沉积的方式制备多个间隔分布的耐磨柱钉；及在所述基体上及所述耐磨柱钉之间的间隙堆焊合金层，合金层与所述耐磨柱钉形成冶金结合；其中，在所述基体上制备所述耐磨柱钉的方法包括步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至所述基体上；使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；及在所述基体上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的融合物；其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。
26.本发明还提供一种耐磨结构的制备方法，所述耐磨结构适用于粉磨破碎设备，所
述制备方法包括以下步骤：使用电弧定向能量沉积的方式制备耐磨柱钉；将所述耐磨柱钉放入砂型模具，所述耐磨柱钉的头部插入砂型模具内，所述耐磨柱钉的底部伸出；浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与耐磨柱钉的底部结合；冷却后得到镶铸有耐磨柱钉的耐磨结构的基体；及在所述基体表面、耐磨柱钉之间的间隙堆焊填充合金层，合金层与柱钉间形成冶金结合；其中，在所述基体上制备所述耐磨柱钉的方法包括步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至一基板上；使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；及在所述基板上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的融合物；其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。
27.本发明的有益效果是：本发明耐磨柱钉在第一方向上的硬质颗粒的质量分数的梯度变化，使得在承受较大磨损冲击的头部具有高质量分数的硬质颗粒，而在底部与基体结合的部分具用低质量分数的硬质颗粒，这样既提升了耐磨柱钉的耐磨性，也减少了昂贵材料的使用量，降低成本；同时，耐磨柱钉在第二方向上的硬质颗粒的质量分数的变化设计，使得耐磨柱钉的外周部能与合金层更好的结合，耐磨柱钉的外周部具有更好的韧性，降低耐磨柱钉的外周部产生应力集中而导致合金层剥落或耐磨柱钉松动的风险。
附图说明
28.图1是本发明一种现有的耐磨结构的局部剖面示意图。
29.图2是本发明一种耐磨柱钉的第一实施例的剖面示意图。
30.图3是本发明一种耐磨柱钉的第二实施例的剖面示意图。
31.图4是本发明一种耐磨柱钉的第三实施例的剖面示意图。
32.图5是本发明一种耐磨结构的一个实施例的局部剖面示意图。
33.图6是本发明一种耐磨结构的另一实施例的局部剖面示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能
更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
35.请参阅图2，本发明第一实施例中的耐磨柱钉20包括头部21和底部22，为冶金结合的多层结构。耐磨柱钉20含硬质颗粒材料，每一层的粘结相和硬质颗粒23的材料相同，但各层的硬质颗粒的质量分数不同。从底部22到头部21的第一方向上，各层结构的硬质颗粒23的质量分数呈梯度逐渐变大。
36.从耐磨柱钉20的柱芯到耐磨柱钉20的外周部的第二方向上，同一层结构的硬质颗粒的质量分数由大变小。在耐磨柱钉20的同一层结构中，硬质颗粒23的质量分数的变化可以是如图2所示的连续式变化，也可以是分段式变化。
37.请参阅图3，本发明第二实施例中的耐磨柱钉20的一层结构由柱芯向外周部的第二方向上可以分为内芯部25和外周部26，外周部的硬质颗粒23的质量分数低于内芯部25的硬质颗粒23的质量分数，优选的，外周部26可以不含硬质颗粒23。
38.请参阅图4，本发明第三实施例中的耐磨柱钉20的一层结构由柱芯向外周部的第二方向上也可以分为多段，包括内芯部27、外周部28以及位于内芯部27与外周部28之间的至少一中间部29。硬质颗粒23的质量分数内芯部27、中间部29至外周部28依次变小。优选的，外周部28不含硬质颗粒23。
39.在上述实施例中，所述的粘结相为镍基或铁基合金。所述的硬质颗粒23为金刚石、碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅中的一种或者多种的组合，优选为碳化钨。
40.耐磨柱钉20的各层结构通过电弧定向能量沉积的方式形成。所述的电弧定向能量沉积是指钨极电弧焊、金属极电弧焊中的一种焊接方法配合软件和机械结构实现的材料逐层成型的工艺。
41.耐磨柱钉20适用于粉磨破碎设备的耐磨结构部分。所述的耐磨结构可以是辊压机的挤压辊，立磨设备的磨辊，或者破碎机的锤头，也可以是其他形式的用于粉磨或破碎的耐磨结构。
42.请参阅图5及图6，在本发明第四及第五实施例中，一种耐磨结构30包括基体50、安装于基体50上的耐磨柱钉20以及填充于基体50上、耐磨柱钉20之间的合金层60。
43.基体50为金属铸件，具有较好的韧性，例如，高锰钢铸件。
44.如图5所示，耐磨柱钉20可以采用电弧定向能量沉积的方式直接沉积于基体50表面，其底部22与基体50表面接合，头部21伸出基体50。耐磨柱钉20也可以采用电弧定向能量沉积的方式成型后再与基体50结合。
45.耐磨柱钉20也可以部分镶嵌于基体50中。如图6所示，耐磨柱钉20的底部22镶嵌于基体50中，头部21伸出基体50。
46.耐磨柱钉20与基体50的接合方式，可以是过盈配合，也可以通过镶铸成型的方式实现底部22与基体50的冶金结合。
47.合金层60的强度高于基体50，可以是高强钢或者耐磨合金材料。合金层60可以通过铸造成型的方式成型于基体50表面，也可以通过堆焊成型的方式形成于基体50表面。合金层60的材料可以为铁基合金或镍基合金。此外，合金层60与耐磨柱钉20的外周部形成冶金结合。
48.耐磨柱钉20的头部21的上端面高于合金层60表面，优选高度差为3mm。
49.本发明实施例的耐磨柱钉20在第一方向上的硬质颗粒23的质量分数的梯度变化，使得在承受较大磨损冲击的头部21具有高质量分数的硬质颗粒，而在底部22与基体50结合的部分具用低质量分数的硬质颗粒，这样既提升了耐磨柱钉20的耐磨性，也减少了昂贵材料的使用量，降低成本；同时，耐磨柱钉20在第二方向上的硬质颗粒23的质量分数的变化设计，使得耐磨柱钉20的外周部能与合金层60更好的结合，耐磨柱钉20的外周部具有更好的韧性，降低耐磨柱钉20的外周部产生应力集中而导致合金层60剥落或耐磨柱钉20松动的风险。
50.本发明实施例中的耐磨柱钉的制备方法，包括如下步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至基板上；使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；在所述基板上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的融合物。
51.其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。例如，所述程序化控制设备控制所述粉料输送系统在沉积中心区域时输送的所述第一物料的质量分数从该层中心区域至该层外周区域逐渐提高，同步输送的所述第二物料的质量分数从该层中心区域至该层外周区域逐渐减少；从而使得同一层中，从中心区域到外周区域，所述第二物料的质量分数逐渐降低。
52.可以理解的，在同一层的沉积过程中，所述程序化控制设备对粉料输送系统输送的第一物料及第二物料也可以采用分段式控制。同一层的中心区域采用固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积；同一层的外周区域只输送第一物料进行沉积。也可以将同一层分为多段，包括中心区域、至少一中间过渡区及外周区域，中心区域采用第一固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积，中间过渡区采用第二固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积，外周区域只输送第一物料进行沉积。所述第二物料在所述第一固定配比中的质量分数大于其在第二固定配比中的质量分数。
53.所述第一物料及第二物料可以是丝材，也可以是粉末。所述第一物料为丝材时；所述第二物料可以是丝材，也可以是粉末。所述第一物料为粉末时，所述第二物料也为粉末。
54.本发明实施例中的耐磨结构的制备方法，包括如下步骤：提供一基体，所述基体包括金属铸件；在所述基体上使用电弧定向能量沉积的方式制备多个间隔分布的耐磨柱钉；在所述基体上及所述耐磨柱钉之间的间隙堆焊合金层。
55.在所述基体上使用电弧定向能量沉积的方式制备多个间隔分布的耐磨柱钉的方
式可以参照上述耐磨柱钉的制备方法，不再赘述。
56.所述耐磨合金层包括高强钢和耐磨合金。
57.本发明实施例中的耐磨结构的制备方法，包括如下步骤：提供一基体，所述基体包括金属铸件；在所述基体上使用电弧定向能量沉积的方式制备多个间隔分布的耐磨柱钉；在所述基体上及所述耐磨柱钉之间的间隙堆焊合金层。
58.在所述基体上使用电弧定向能量沉积的方式制备多个间隔分布的耐磨柱钉的方式可以参照上述耐磨柱钉的制备方法，不再赘述。
59.所述合金层包括高强钢和耐磨合金，也可以是镍基合金或铁基合金。
60.在本发明另一实施例中的耐磨结构的制备方法，包括如下步骤：使用电弧定向能量沉积的方式制备耐磨柱钉；将所述耐磨柱钉放入砂型模具，所述耐磨柱钉的头部插入砂型模具内，所述耐磨柱钉的底部伸出；浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与耐磨柱钉的底部结合；冷却后得到镶铸有耐磨柱钉的耐磨结构的基体；在所述基体表面、耐磨柱钉之间的间隙堆焊填充合金层。
61.使用电弧定向能量沉积制备耐磨柱钉的方法如前所述，不再赘述。所述合金层包括高强钢和耐磨合金，也可以是镍基合金或铁基合金。
62.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种具有梯度硬度的耐磨柱钉，适用于粉磨破碎设备上的耐磨结构，其包括粘结相和硬质颗粒，其特征在于：从所述耐磨柱钉的底部至所述耐磨柱钉的头部的第一方向上，所述硬质颗粒的质量分数逐渐变大；从所述耐磨柱钉的柱芯至所述耐磨柱钉的外周部的第二方向上，所述硬质颗粒的质量分数由大变小。2.根据权利要求1所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述耐磨柱钉包括多层结构，所述硬质颗粒的质量分数在第一方向上呈梯度逐层变大。3.根据权利要求2所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述耐磨柱钉的同一层结构中，在由柱芯至外周部的第二方向上所述硬质颗粒的质量分数逐渐变小。4.根据权利要求2所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述耐磨柱钉的同一层结构中，由柱芯至外周部的第二方向上分为内芯部和外周部，所述外周部的硬质颗粒的质量分数低于所述内芯部的硬质颗粒的质量分数。5.根据权利要求3所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述耐磨柱钉的同一层结构，由柱芯至外周部的第二方向上，包括内芯部、外周部以及位于内芯部与外周部之间的至少一中间部，所述硬质颗粒的质量分数由内芯部、中间部至外周部依次变小。6.根据权利要求1所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述耐磨柱钉的外周部不含所述硬质颗粒。7.根据权利要求1所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述的粘结相为镍基或铁基合金。8.根据权利要求1所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述的硬质颗粒为金刚石、碳化钛、碳化钨、碳化铬、碳化钒、碳化铌及碳化硅中的一种或者多种的组合。9.根据权利要求1所述的耐磨柱钉，其特征在于：所述耐磨柱钉通过电弧定向能量沉积的方式形成。10.一种耐磨结构，适用于粉磨破碎设备，其包括：基体、安装于基体上的耐磨柱钉以及填充于基体上、耐磨柱钉之间的合金层，其特征在于：从所述耐磨柱钉的底部至所述耐磨柱钉的头部的第一方向上，所述硬质颗粒的质量分数逐渐变大；从所述耐磨柱钉的柱芯至所述耐磨柱钉的外周部的第二方向上，所述硬质颗粒的质量分数由大变小，所述合金层与所述耐磨柱钉形成冶金结合。11.根据权利要求10所述的耐磨结构，其特征在于：所述耐磨柱钉的底部与所述基体表面冶金结合，所述耐磨柱钉的头部伸出所述基体。12.根据权利要求10所述的耐磨结构，其特征在于：所述耐磨柱钉的底部镶嵌于所述基体中，所述耐磨柱钉的头部伸出所述基体。13.根据权利要求10所述的耐磨结构，其特征在于：所述耐磨柱钉与所述基体的接合方式包括过盈配合和镶铸成型式的冶金结合。14.根据权利要求10所述的耐磨结构，其特征在于：所述的粘结相为镍基或铁基合金，所述合金层的材料为铁基合金或镍基合金。15.一种具有梯度硬度的耐磨柱钉的制备方法，所述耐磨柱钉适用于粉磨破碎设备上的耐磨结构，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至基板上；
使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；及在所述基板上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的混合物；其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。16.根据权利要求15所述的具有梯度硬度的耐磨柱钉的制备方法，其特征在于：所述程序化控制设备控制所述粉料输送系统在沉积中心区域时输送的所述第一物料的质量分数从该层中心区域至该层外周区域逐渐提高，同步输送的所述第二物料的质量分数从该层中心区域至该层外周区域逐渐减少；从而使得同一层中，从中心区域到外周区域，所述第二物料的质量分数逐渐降低。17.根据权利要求15所述的具有梯度硬度的耐磨柱钉的制备方法，其特征在于：在同一层的沉积过程中，所述程序化控制设备对粉料输送系统输送的第一物料及第二物料采用分段式控制，同一层的中心区域采用固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积；同一层的外周区域只输送第一物料进行沉积。18.根据权利要求15所述的具有梯度硬度的耐磨柱钉的制备方法，其特征在于：同一层分为多段，包括中心区域、至少一中间过渡区及外周区域，中心区域采用第一固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积，中间过渡区采用第二固定配比的第一物料及第二物料进行输送和沉积，外周区域只输送第一物料进行沉积，其中所述第二物料在第一固定配比中的质量分数大于在第二固定配比中的质量分数。19.一种耐磨结构的制备方法，所述耐磨结构适用于粉磨破碎设备，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供一基体，所述基体包括金属铸件；在所述基体上使用电弧定向能量沉积的方式制备多个间隔分布的耐磨柱钉；及在所述基体上及所述耐磨柱钉之间的间隙堆焊合金层，合金层与所述耐磨柱钉形成冶金结合；其中，在所述基体上制备所述耐磨柱钉的方法包括步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至所述基体上；使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；及在所述基体上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的融合物；其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；
在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。20.一种耐磨结构的制备方法，所述耐磨结构适用于粉磨破碎设备，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：使用电弧定向能量沉积的方式制备耐磨柱钉；将所述耐磨柱钉放入砂型模具，所述耐磨柱钉的头部插入砂型模具内，所述耐磨柱钉的底部伸出；浇注熔融态的合金钢液，使得所述合金钢液与耐磨柱钉的底部结合；冷却后得到镶铸有耐磨柱钉的耐磨结构的基体；及在所述基体表面、耐磨柱钉之间的间隙堆焊填充合金层，合金层与柱钉间形成冶金结合；其中，在所述基体上制备所述耐磨柱钉的方法包括步骤：制备第一物料及第二物料，所述第一物料包含粘结相材料，所述第二物料包含硬质颗粒；将第一物料及第二物料同步输送至一基板上；使用高能量电弧熔化所述第一物料及第二物料；及在所述基板上使用高能量电弧逐层扫描并沉积所述第一物料及第二物料的融合物；其中，所述定向能量沉积设备包括程序化控制设备和粉料输送系统，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：从第一层的沉积开始，输送的所述第一物料的质量分数逐层降低，同步输送的所述第二物料的质量分数逐层提高；在同一层的沉积过程中，所述的粉料输送系统通过所述程序化控制设备控制所述第一物料及第二物料的输送量配比：在沉积中心区域时输送的所述第二物料的质量分数小于在沉积外周区域时输送的所述第二物料的质量分数。

技术总结
本发明公开了一种具有硬度梯度的耐磨柱钉、耐磨结构及其制备方法，所述耐磨柱钉适用于粉磨破碎设备上的耐磨结构，其包括粘结相和硬质颗粒，其特征在于：从所述耐磨柱钉的底部至所述耐磨柱钉的头部的第一方向上，所述硬质颗粒的质量分数逐渐变大；从所述耐磨柱钉的柱芯至所述耐磨柱钉的外周部的第二方向上，所述硬质颗粒的质量分数由大变小。本发明公开了一种耐磨结构及其制备方法。所述耐磨柱钉具有提升耐磨性及结合稳定性的效果。升耐磨性及结合稳定性的效果。升耐磨性及结合稳定性的效果。


技术研发人员：黄智泉 尼军杰 张海燕 张永生 王旭 李恒
受保护的技术使用者：郑州机械研究所有限公司
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/20